Технология защиты от пыли: от освоения космоса до устойчивой энергетики

• Автор:
• Имя автора

  Квантумран Форсайт
• 15 сентября, 2023

Сводка статистики

Исследователи из Техасского университета в Остине разработали технологию защиты от пыли, в которой используются наночеканка и наноимпринтинг. Это развитие имеет значение для исследования космоса, солнечной энергетики, электроники, потребительских товаров и строительства, потенциально снижая потребность в регулярной очистке и приводя к экономии средств. Более широкие последствия технологии защиты от пыли включают сокращение достижений в области материаловедения, новых отраслей и рынков, а также интеграцию в умные дома и здания.

Контекст технологии защиты от пыли

При поддержке НАСА исследователи из Техасского университета в Остине в сотрудничестве с производственным стартапом Smart Material Solutions разработали метод предотвращения прилипания пыли к поверхностям. Этот метод объединяет два производственных процесса — наночеканку и наноимпринтинг — для создания узора из маленьких пирамид на ранее плоском материале. Эти крошечные выступы препятствуют прикреплению частиц пыли к материалу, заставляя их соскальзывать.

Чтобы продемонстрировать свою пылеотталкивающую технологию, ученые покрыли плоскую поверхность и одну из специально разработанных поверхностей имитацией лунной пыли. Затем они расположили поверхности вертикально, позволяя пыли падать на пол. Осмотрев поверхности, они обнаружили, что плоская поверхность покрыта пылью на 35 процентов, в то время как поверхность инженерной поверхности покрыта пылью всего на 2 процента.

Есть две основные причины, по которым пыль прилипает к поверхностям: силы Ван-дер-Ваальса и статическое электричество. Необходимо создавать антипылевые поверхности с малыми ван-дер-ваальсовыми силами, что означает слабое сцепление между поверхностью и частицами пыли. Таким образом, частицы пыли могут быть удалены внешними силами, а не только каплями воды. Есть два метода снижения сил Ван-дер-Ваальса. Один из них заключается в создании крошечных структур для уменьшения площади контакта между пылью и стеклянными поверхностями, а другой — в снижении энергии поверхности стекла. Антистатические поверхности помогают уменьшить скопление пыли, ослабляя статическое электричество между частицами пыли и поверхностью.

Разрушительное воздействие

Помимо помощи будущим марсоходам НАСА в борьбе с космической пылью, эта технология также может быть использована для разработки противопылевых солнечных панелей для использования на Земле, повышая их эффективность без ручной очистки — растущих затрат на солнечную энергию. Противопылевые покрытия на поверхностях и материалах могут снизить потребность в регулярной уборке, что приведет к снижению спроса на чистящие средства и услуги. Потребительские товары также могут выиграть от пылезащитных технологий, особенно продукты питания и лекарства. Эта разработка может улучшить здоровье клиентов, особенно тех, кто страдает аллергией на пыль и другими сопутствующими респираторными заболеваниями.

Еще одна отрасль, которая может быть разрушена антипылевыми технологиями, — это электроника. Скопление пыли на электронных компонентах может привести к повреждению, снижению производительности и сокращению срока службы. Противопылевые покрытия могут снизить потребность в замене, что повлияет на цепочку поставок электронных компонентов. 

Наконец, технология защиты от пыли также может существенно повлиять на строительство и производство строительных материалов. Накопление пыли на строительных материалах может привести к их деградации и со временем повлиять на их эксплуатационные характеристики. Противопылевые покрытия на строительных материалах могут помочь сократить объем технического обслуживания, что приведет к экономии средств для владельцев зданий. Однако это также может повлиять на промышленность строительных материалов, поскольку снижение спроса может привести к сокращению производства и потенциальному сокращению рабочих мест.

Последствия технологии защиты от пыли

Более широкие последствия технологии защиты от пыли могут включать: 

• Снижение загрязнения пылью, улучшение качества воздуха и уменьшение проблем со здоровьем, связанных с респираторными заболеваниями. Эта разработка может также уменьшить количество пыли, которая накапливается в природных экосистемах, сохранив их и потенциально снизив риск возникновения лесных пожаров.
• Достижения в области материаловедения, поскольку исследователи изучают новые способы сделать поверхности менее восприимчивыми к скоплению пыли. Это может привести к появлению новых продуктов, таких как самоочищающиеся окна.
• Новые отрасли и рынки для продуктов и услуг, связанных с предотвращением и удалением пыли. 
• Снижение потребности в ручном труде при уборке и техническом обслуживании, что приводит к сокращению рабочих мест в этих секторах. 
• Уменьшение накопления пыли на солнечных панелях может повысить их эффективность, что приведет к большему потреблению солнечной энергии и сокращению выбросов парниковых газов.
• Технологии защиты от пыли интегрируются в умные дома и здания, обеспечивая автоматическое удаление пыли и техническое обслуживание. Эта функция может привести к повышению энергоэффективности и снижению затрат, связанных с ручной очисткой.

Вопросы для рассмотрения

• Какую пользу лично вам могут принести технологии защиты от пыли?
• Какие другие потенциальные инновации могут появиться благодаря пыленепроницаемым поверхностям?